Делаем MIDI-клавиатуру из старого детского синтезатора
В один из дней, возвращаясь домой, возле мусоропровода в подъезде я увидел старую детскую игрушку-синтезатор. Прошел мимо, так как брать с мусорки «грешно», но в душе захотелось утащить ее оттуда. Уже поздно ночью, где-то часа в 2 я решил посмотреть, не стоит ли она все еще там. И да, она все еще была там! С виду она был вполне целой и чистой, так что никакой брезгливости, чтобы не забирать ее не было. Так что да, я ее забрал.
Давно хотел себе пианино, я не профессиональный музыкант, но просто побаловаться — почему нет? Покупать что-то «ради побаловаться» меня «душила жаба», а тут — халявная игрушка. Когда я ее забирал с мусорки, то даже мысли не было пользоваться ей как детской игрушкой, была сразу мысль: «О-о-о…, хорошая база, чтобы попробовать сделать MIDI-клавиатуру».
Так как у меня уже есть некоторый опыт общения с профессиональными клавишными инструментами и MIDI-клавиатурами, то я сразу понимал все минусы моей идеи. То есть игрушка по факту так игрушкой и останется. На базе нее невозможно будет реализовать силу нажатия клавиш. Сами «легкие» пластиковые клавиши, которые к тому же еще и неполноразмерные не дадут возможности что-то на ней достойно исполнять.
В первую очередь синтезатор-игрушка была разобрана «до винтика», хорошо вымыт с мылом весь пластик. Также почищены платы и контактные группы клавиш.
После разборки пришло понимание, почему люди ее выкинули. У игрушки (не знаю от чего: от времени, от китайского качества комплектующих или жесткой эксплуатации) во-первых: развалились встроенные динамики, а во-вторых: в разъеме наушников торчал отломанный разъем от них, так что вытащить его не было практически никакой возможности. Наверное, после того как игрушка перестала играть встроенными динамиками, ей пользовались с наушниками, а потом после того как и там сломали разъем – просто выкинули.
Внутри игрушка-синтезатор состояла из трех плат, которые между собой были спаяны шлейфом проводов. Центральная плата, которая отвечала за генерацию звука и прочего, была сразу же отпаяна от двух других плат и отложена в сторону. На двух других платах находились контакты для кнопок на лицевой панели игрушки и непосредственно самих клавиш пианино. К ним я припаял разъемы PBS, тем более что шаг отверстий на платах как раз был 2.54 мм.
После этого я потратил пару часов на составление схем этих плат с клавишами. Как выяснилось, схема представляет простую матричную клавиатуру.
На картинке в желтых кружочках цифры – это номера контактов «горизонталей», а цифры на клавишах – номера контактов «вертикалей» в разъеме PBS-13 на плате клавиатуры.
После этого все это было закинуто в угол и пылилось целый год. И тут наступил период самоизоляции… Стало скучно и захотелось что-то поделать своими руками, тем более что ходить некуда, да и нельзя…
В итоге решил все-таки попробовать хоть немного доделать эту игрушку. В качестве основы для контроллера взята плата Arduino, а так как количество цепей клавиш больше, чем количество выводов Arduino UNO, то решил использовать сдвиговые регистры 74HC595 и 74HC165. В итоге получилась вот такая схема.
Схема была изначально собрана на беспаечной макетной плате. Для проверки работоспособности схемы (что нигде нет ошибок в соединениях) разработана тестовая программа, которая показала, что вроде как все работает. Алгоритм тестовой программы был простой: включается один из выходов микросхемы сдвигового вывода и считываются в цикле значения с микросхемы сдвигового ввода, нажимая при этом клавиши. На первый взгляд ничего не предвещало беды… и вроде бы все прекрасно работало…
Следующие несколько дней я не спеша занимался «домашним творчеством», а именно, аккуратно распаивал все компоненты платы на макетную плату. Собирал это все из того, что было у меня дома. В качестве управляющей платы взял Arduino NANO.
Такой «бутерброд» из плат обусловлен тем, что две платы игрушки (одна с кнопками, а вторая с клавиатурой) расположены на разном уровне и я, прежде чем паять все это подумал: «а нельзя ли это как-то соединить между собой, используя те компоненты, которые есть у меня дома, чтобы выглядело более или менее хорошо»? Так и получилась эта конструкция из двух плат, соединенных между собой разъемами. С моей точки зрения для домашнего варианта, когда сидим в самоизоляции, получилось достаточно хорошо. Пришлось только обрезать макетную плату и чуть-чуть доработать корпус игрушки, чтобы можно было подключать кабель USB в плату Arduino.
Осознание что устройство работает не совсем так, как я хотел, пришло тогда, когда доработал тестовую программу. Алгоритм был простой: по очереди включить каждый выход микросхемы 74HC595, считав при этом состояние входов у микросхемы 74HC165, и записать результат в отдельные переменные. Всего на клавиатуру подключено 5 выходов 74HC595, поэтому в итоге я получил 40 бит (5*8) данных после этого опроса. Строка из 40 бит выводилась в консоль, и нажимались клавиши, чтобы посмотреть, как устройство обрабатывает одновременные нажатия нескольких клавиш.
Тут-то и всплыла проблема: если нажимать по одной клавише, то все было отлично, но при попытке нажать более 2-х клавиш одновременно возникала ситуация, когда невозможно было предугадать, что будет прочитано. Результат мог быть правильным при одном сочетании, а при другом мог быть совсем непредсказуем. Проблема была в том, что не была учтена особенность данной схемы. При нажатии нескольких клавиш одновременно происходит замыкание не только нескольких вертикалей сканирования клавиатуры (это допустимо), но и могут быть замкнуты через клавиши несколько горизонталей (что никак не допустимо). Более подробно об этой проблеме и о способах ее решения можно почитать вот здесь.
Я выбрал «кардинальное решение» проблемы, а именно: решил, что на каждую клавишу в клавиатуре будет поставлено по диоду.
В голове я уже мысленно начал думать, как мне придется перерезать дорожки на плате и ставить в разрыв диод в SMD корпусе. Залез в свои запасники и увидел, что диодов в SMD корпусе в таком количестве у меня просто нет (не забываем, что все мы сидим на самоизоляции и поход в магазин за радиодеталями не очень возможен – так как это точно не предметы первой необходимости). Немного расстроившись, решил более внимательно посмотреть на плату: может быть есть возможность поставить на часть дорожек выводные диоды (их тоже какое-то количество у меня было). И тут я увидел, что у каждой клавиши, есть перемычка (плата односторонняя) и схема сделана так, что вместо этой перемычки можно поставить по диоду. Сразу же подумалось – даже и ничего резать не надо, надо только везде поставить вместо перемычек выводные диоды. Такого количества выводных диодов у меня тоже не было. В голове мелькнула мысль: «а может быть поставить светодиоды»? Работа схемы идет на уровне +5V и если поставить красные светодиоды, у которых минимальное падение напряжения (среди светодиодов), то в итоге должно хватать логического уровня для правильного определения: нажата клавиша или нет.
С этой мыслью я снова полез в свои запасы и выгреб откуда только можно было красных светодиодов. Их оказалось ровно столько, сколько клавиш на клавиатуре! Это знак, подумал я, и впаял для пробы несколько светодиодов вместо перемычек. Результаты тестирования показали, что решение рабочее. После этого запаял остальные светодиоды вместо перемычек. Тестовая программа показала, что можно нажать хоть все клавиши одновременно, и они все считываются правильно.
На дополнительные кнопки, которые есть на игрушке, решил не ставить диоды, потому что вряд ли их будут нажимать сразу несколько штук одновременно. Тем более что в программе у меня пока нет обработки нажатий на эти кнопки. Ну и я банально пока не придумал, как их использовать.
Настало время разобраться с тем, как сделать, чтобы это устройство виделось в компьютере как MIDI-клавиатура и в каком формате нужно отправлять данные.
Информация, найденная в интернете, говорила мне о том, что можно из Arduino сделать MIDI-клавиатуру очень легко и просто, если залить в нее прошивку, которая заставит компьютер видеть ее не как COM-порт, а именно как MIDI-клавиатуру. Изначально я на это решение и ориентировался, особо не вдаваясь в то, как оно реализовано.
Теперь, когда я добрался до него и внимательно прочитал, то понял, что моя плата Arduino NANO не подойдет для этого решения, так как у нее COM порт был реализован на базе микросхемы CH340. Для использования прошивки по ссылке выше подойдут только те платы, где USB-порт уже есть на контроллере (например: AtMega32u4) или же общение по COM-порту сделано не на микросхемах преобразования типа FT232RL и им подобным, а на микроконтроллерах AtMega. Поэтому прошивка в плате должна отдать данные в формате MIDI в COM порт, а на компьютере придется установить и настроить программное обеспечение, которое будет эти данные перехватывать и передавать в виртуальный MIDI-порт.
Алгоритм считывания клавиш и формирования MIDI-команд у меня получился следующий:
Нет смысла расписывать подробно, как работать с MIDI данными, потому что это можно прочитать здесь.
Остановлюсь чуть более подробно на программном обеспечении для компьютера и тех проблемах, с которыми я столкнулся. Проблемы возникли, просто из-за отсутствия нормальной документации на это программное обеспечение. Итак, для того, чтобы компьютер успешно мог принимать MIDI-данные с такого устройства как у меня, понадобится две программы: loopMIDI и Serial-Midi Converter. Для программы Serial-MIDI Converter дополнительно нужно установить Java, если на компьютере она не установлена.
Запускаем программу loopMIDI и создаем два виртуальных порта. Я назвал их «Arduino IN» и «Arduino OUT». Эта программа как раз и будет виртуальным MIDI-устройством.
Далее запускаем Serial-MIDI Converter и при запуске проходим процесс ее настройки. К сожалению, это приходиться делать каждый раз при запуске, но это не очень страшно, делается буквально в четыре нажатия на клавиатуре. Номер COM-порта может быть другой, он появляется на компьютере при подключении платы Arduino NANO. Скорость порта задается в прошивке Arduino NANO. Красными стрелками обозначены мои параметры, при которых у меня все работало.
Собственно на этом процесс настройки завершен и можно уже использовать какое-либо программное обеспечение, которое будет воспроизводить звуки, принимая нажатия клавиш от устройства. В настройках программного обеспечения необходимо выбрать в качестве входа «Arduino_OUT». На картинке ниже пример настройки Kontakt Player.
Работает в конечном итоге это вот так:
Реализацию большинства пунктов, пока все мы дружно «сидим дома», сделать не могу, так как у меня дома просто нет всех требуемых компонентов для этого.
Для реализации пункта 3 в интернете было найдено решение под названием SamplerBox. Суть проекта в том, что можно подключать любую MIDI-клавиатуру к плате Raspberry Pi, которая обрабатывает MIDI-команды с клавиатуры и воспроизводит звуки или переключает инструменты и т.д. Остается только поставить плату Raspberry Pi внутрь корпуса игрушки, без возможности замены SD-карты (не разбирая корпус), настроить кнопки на корпусе игрушки так, чтобы они переключали инструменты и этого будет достаточно, чтобы оставить этот проект в таком виде.
Но все это будет уже после того, когда закончится период самоизоляции.
Надеюсь, что кому-нибудь мой опыт окажется полезным.
Зачем нужна MIDI-клавиатура, если вы начинающий музыкант
Содержание
Содержание
Есть два вида музыкантов. Одни фанатеют от звука определенного инструмента — гитары, скрипки, барабанов. Другие, напротив, любят играть разными звуками и создавать новые. Базовым инструментом для музыкантов из второй группы является MIDI-клавиатура, и даже гитаристы с барабанщиками часто используют различные миди-контроллеры для создания аранжировок. Любому начинающему музыканту такой девайс поможет развить музыкальные способности, а почему — разберемся далее.
Миди-контроллеры обретают самые разнообразные воплощения — от привычных черно-белых клавиатур до устройств из квадратных прорезиненных кнопок-пэдов. Бывают и контроллеры в виде грифа гитары, и даже сенсорные клавиатуры, на которых можно делать питч и вибрато. Однако всех их объединяет их главная функция — контроль музыкальных приборов или софт на компьютере, смартфоне или планшете. Это может быть:
Стандарт MIDI был разработан еще в 80-х, и поэтому имеет олдскульный пятиштырьковый разъем, похожий на аудиоджек у советской аудиотехники. По миди-протоколу передается не только нота, но и данные о силе ее нажатия (велосити), питч, модуляция, вибрато и другие параметры. Грубо говоря, миди-клавиатура создает точное цифровое описание нажатой ноты и передает ее на ПК или музыкальный прибор. А дальше синтезатор или сэмплер накладывает на эту ноту звук. Сама по себе клавиатура звуков не содержит — это не синтезатор, а контроллер (хотя бывают и исключения, например, Akai mpk mini play все-таки имеет встроенные звуки).
Современные клавиатуры умеют подключаться к ПК по USB, так что для них не нужна аудиокарта с MIDI-разъемами. На самом деле, большинство бюджетных клавиатур даже не имеют MIDI-выхода. Зато почти все они имеют вход для педали экспрессии, которая позволит регулировать заданные параметры (сустейн, питч и т.п.) ногой.
В общем и целом, миди-клавиатура нужна начинающему музыканту, потому что она:
Поможет учиться сочинять и записывать музыку
Одна из главных фишек миди-клавиатур — возможность записывать занятия, репетиции и черновые наработки на ПК, планшет или даже смартфон. Это не только многократно увеличивает эффективность любых занятий музыкой, но и открывает двери к созданию собственного материала. Сочинение музыки захватывает намного больше, чем игра упражнений и гамм, и часто является гарантией того, что благие начинания не будут заброшены через пару месяцев.
Не все миди-клавиатуры подходят для постановки рук и игры классических произведений, они сильно отличаются друг от друга механикой клавиш. Бывают недорогие клавиатуры с невзвешенными клавишами синтезаторного типа, ощущения от которых лишь отдаленно напоминают игру на реальном пианино. Клавиши нажимаются очень легко, что облегчает игру быстрых пассажей, но также и лишает многих средств выразительности, необходимых для игры классики. Поэтому часто такие инструменты обычно имеют лишь 2–3 октавы. Зато они компактные и легкие, с ними удобно работать, разложив на столе несколько клавиатур для разных инструментов, и еще одну можно положить на колени. Профессиональные музыканты часто используют недорогие миди-клавиатуры для создания демо-треков и аранжировок.
Бывают и клавиатуры с полувзвешенными или взвешенными клавишами, которые с закрытыми глазами можно спутать с пианино — настолько похожи ощущения от игры. Обычно это большие многооктавные инструменты. Они весьма массивны из-за конструкции клавиатуры, поэтому перемещать по комнате и класть ее куда захочешь не получится. Тем не менее, они все еще компактнее традиционных и даже электронных пианино — по сравнению с последними у миди-клавиатур не меньше возможностей при более скромной цене. На них удобно учиться, ставить руки и играть классику.
Подарит доступ к миллиарду звуков и инструментов
Пожалуй, главное преимущество миди-клавиатуры над традиционным пианино и даже менее традиционным синтезатором — возможность играть любыми звуками. Их клавиши могут по мановению клика мышки превратиться в скрипку, флейту, гитару, валторну, барабаны или в любой из тысяч VST-синтезаторов. В Интернете можно найти десятки бесплатных библиотек семплов и синтезаторов, к примеру, вот достойный внимания список. Все это позволяет изучить устройство и звучание оркестровых и народных инструментов, к которым начинающий музыкант вряд ли получил бы доступ, и даже применить их для своих треков.
Миди-клавиатура открывает возможность работы со звуком. Это важная часть творчества современного музыканта: у каждой известной группы или соло-исполнителя есть собственный стиль и звук, за которыми стоят сотни часов экспериментов и поисков. Уникальный саунд является важной частью самовыражения артиста, ведь если трек узнается с первых нот благодаря своему звучанию, то слушатель его запомнит.
Больше возможностей, функций
Миди-контроллеры бывают не только в форме черно-белых клавиш. Иногда это пэды — большие квадратные кнопки, чувствительные к силе нажатия, на таких удобно программировать биты и барабанные партии, работать с не тональными сэмплами.
Нередко контроллеры заточены под конкретные VST-инструменты. К примеру, Native Instruments Maschine даже поставляется с подходящим к нему софтом, включая полные версии синтезаторов Massive, Monark, и Reaktor Prism, а также набором сэмплов Komplete Start. Контроллер помогает быстрее и эффективнее управлять софтом, дает мгновенный доступ к нужным функциям и позволяет более продуктивно работать с музыкой.
Бывают и контроллеры для более эффективной работы в DAW, к примеру, такие. Они часто используются звукорежиссерами на стадии сведения, к примеру, чтобы быстро переходить к нужным частям песни, управлять фейдерами руками, а не мышкой, и прописывать автоматизацию в реальном времени, а не рисовать ее в неудобном интерфейсе.
Позволит выступать
Для выступающих музыкантов связка «миди-клавиатура плюс ноутбук\планшет» заменила собой громоздкие синтезаторы. Миди-контроллеры легкие, компактные, предоставляют большие возможности, их можно подключить несколько штук и разложить на одном столе, с их помощью можно управлять плейбеком, запускать сэмплы и целые партии.
Конечно, ряды огромных синтезаторов все еще пользуются популярностью у музыкантов специфических жанров, где нужно показать виртуозность владения инструментом. Однако для современной рок-музыки и электроники виртуозность исполнения имеет все меньше значения, и больше внимания уделяется уникальности звучания и комфорту выступления, где миди-клавиатуры вновь выигрывают у синтезаторов.
Поможет разобраться в создании современной музыки
Создание современной музыки далеко ушло от заполнения нотного стана при свечах. Современный музыкант — это во многом инженер, который использует множество программ и аппаратных устройств для получения нужного звука. Большинство музыкальных жанров ушло от реальных инструментов в пользу электронных и виртуальных.
Домашние студии электронных музыкантов подчас напоминают пульт управления космолетом — столько туда напичкано всякой техники. Каждый прибор и программу нужно освоить и изучить, и многие начинают этот путь именно с миди-клавиатур. Они помогут составить базовое представление о работе DAW, сэмплеров и синтезаторов, позволят разобраться с азами создания современной музыки и базовыми понятиями.
Заключение
Конечно, MIDI-клавиатура не обязательна для записи партий — во многих DAW есть функция, которая позволяет набивать партии с помощью обычной печатной клавиатуры. Однако ощущения от игры на печатных клавишах не сравняться с отдачей от игры на реальном музыкальном инструменте, даже если у него самая примитивная синтезаторная механика. Да и просто заниматься, джемить и экспериментировать с миди-клавиатурой намного приятнее и интереснее, не говоря уже о ее дополнительных возможностях. Во многом поэтому миди-контроллеры сегодня стали неотъемлемым атрибутом любого музыканта и домашнего продюсера.
Что предпочесть: midi клавиатуру или синтезатор?
Покупая инструмент для домашнего использования, нужно ориентироваться на личные предпочтения и тактильные ощущения. При выборе синтезатора или MIDI-клавиатуры очень важно самостоятельно пощупать, поиграть на инструментах. А большая часть руководств способна сбить человека с намеченного пути. Чтобы понять, что лучше купить – MIDI-клавиатуру или синтезатор, нужно определиться с задачами использования оборудования.
Особенности «МИДИ»
MIDI-клавиатура – это инструмент клавишного типа, который используется только для записи партий других инструментов. Также с его помощью можно быстро управлять программным обеспечением, которое используется для обработки полученных звуковых данных. Как связующее звено используют ноутбук или стационарный компьютер.
Некоторые пользователи заблуждаются, что MIDI можно использовать отдельно от записывающей системы. Однако клавиатура не будет звучать, если ее не подключить к компьютеру.
Отличительная особенность MIDI – это отсутствие тембров и встроенных эффектов, а также колонок, которые могли бы проигрывать звук. Поэтому и требуется подключение к ПК. Также через программное обеспечение происходит настройка клавиатуры.
Важно! Следует учесть, что для игры и записи звука клавиатуре требуется хорошая звуковая карта – как минимум с разрядностью ЦАП 24 бита.
Если настроить инструмент для игры на простом ноутбуке бюджетного класса со встроенной звуковой картой, то звук будет как минимум тихим, как максимум – плоским и некачественным.
«МИДИ» клавиатура – это инструмент, необходимый для человека, который профессионально увлекается звукозаписью, и у него есть оборудованная домашняя студия или как минимум подходящий компьютер. Именно этот небольшой музыкальный девайс – отличное средство для создания партий разных инструментов. С его помощью можно записать барабаны, клавиши, а также сделать управление секвенсором максимально комфортным.
Отличия синтезаторов
Большая часть синтезаторов легко работает в режиме MIDI-клавиатуры, но обладает расширенным функционалом и иными возможностями. Однако работа синтезатора в подобном режиме не будет настолько же качественной, как при использовании отдельной «МИДИ» клавиатуры.
Важно! Через синтезатор, используемый вместо MIDI, не получится управлять секвенсором так же быстро и качественно.
При записи встроенные тембры синтезатора не используется, ведь профессиональное ПО дает больше возможностей и значительно повышает качество звука.
Синтезатор стоит в несколько раз дороже клавиатуры, но у него другие функции и задачи. Выбирать MIDI лучше для использования в сочетании с домашней студией. Синтезатор можно использовать для записи композиций без стороннего софта и оборудования: записали в инструмент, сохранили на флешку, используете, как нужно.
Последние модели синтезаторов сочетают тысячи уникальных функций, тембров, эффектов и возможностей
• можно записывать песни, обрамляя их самыми разными эффектами – от акустической гитары до гвинейских барабанов;
• легко компоновать несколько композиций в одну, создавая сложные и красивые треки;
• можно подключать к мобильным девайсам для расширения функционала (iOS, Android);
• в большинстве моделей есть встроенные уроки, которые помогут новичку разобраться со всеми возможностями нового устройства.
Еще одно уникальное преимущество синтезаторов – в том, что они позволяют создавать автоматический аккомпанемент. И стили могут быть абсолютно разными.
Синтезатор – это инструмент для живых выступлений, идеальный напарник для вокалиста и оборудование для записи треков «на горячую руку», без длительной обработки на компьютере.